基于8D锁存器的抢答器设计

李志强 李平 陈海明

摘 要：本文介绍一种基于8D锁存器74LS373设计的能区分选手抢答是否犯规的数字抢答器，并详细阐述了其工作原理和硬件电路结构。通过测试结果表明，运用该方案设计的数字抢答器，具有结构简单、操作方便、易于实现、区分度高、实用性强等优点。

关键词：8D锁存器；抢答器；自动判别

目前，形式多样的抢答器已广泛应用于企事业单位及商业机构，为各种智力和知识活动竞赛提供快速客观公正的裁决，逐渐成为一种商业性电子产品。现有抢答器虽有多种设计方案，各具特色。

在方案上有采用单片机、可编程芯片，也有采用数字集成电路的。采用数字集成电路完成的抢答器绝大多数都是通过先编码后锁存来实现的。但是绝大数抢答器的设计中几乎都没注意到选手犯规的情况，本文介绍的是一种基于数字集成电路采用先锁存后编码来设计，能够区分选手是否犯规的数字抢答器。

1 系统组成

本系统由主持人控制电路、抢答按键、锁存器、优先编码电路、译码显示电路、秒信号发生电路、定时电路、提示音电路构成。其结构框图如图1所示。

其电路工作原理是：抢答器接通电源后处于抢答状态，编号显示数码管不亮，倒计时显示数码管不亮；主持人宣布“开始”后按下开始按键，抢答器才进入正常的抢答工作状态，此时选手按下抢答按键才不会犯规，同时倒计时电路开始倒计时，倒计时结束扬声器给出声响提示，否则就会犯规，但不会倒计时。当一轮抢答之后，倒计时电路停止工作、如果要进行二次抢答必须由主持人再次宣布“开始”后并按下开始按键才能进行。

2 电路的设计

2.1 抢答电路

抢答电路的功能：①能准确分辨选手按键的先后；②能锁存优先抢答者的编号。抢答电路的主要器件由锁存器74 LS373、优先编码器74LS148、译码器74LS247和7段数码管构成。其电路的工作原理：抢答器上电后，由C3和R12组成的上电复位电路使GS为高，同时LE为高电平， 为低，数码管DS1不亮。若S1～S8中任何一个选手按键都不按下，即对应8D锁存器的输入端均为高电平，则8个输出均为高电平，表示此时抢答者正在准备抢答状态。若S1～S8中其中一个或几个选手按键按下，即与之对应的8D锁存器的输入端D为低电平，8D锁存器的输出端相接的74LS148的输入端立刻为低电平，此时74LS148的GS输出和74 LS373的LE输入为低电平将锁存器的输入信号锁存在输出端，对应的选手按键号通过译码器和数码管显示出来。当优先抢答者在规定的时间内未回答完毕，由倒计时电路产生的时间到BO低电平信号或在规定时间内回答完畢后由主持人按动复位开关RST，都能使抢答器进入到下一次抢答状态。具体原理图如图2中图a所示。

2.2 倒计时电路

倒计时电路的功能：①根据选手抢答后是否倒计时来区分选手是否犯规；②只有当主持人宣布“开始”后并按下开始按键，选手进入正常抢答时才会进入到计时状态（如30S），电路的计数脉冲有秒脉冲提供；③倒计时时间完成后能自动消隐。电路的主要器件为十进制同步加/减计数器74LS192，译码器74LS247，秒脉冲产生器555和7段数码管[1]。

倒计时电路工作原理：如果主持人宣布“开始”后并按下开始按键，此时选手下抢答按键倒计时电路工作；否则倒计时电路不工作。也就能很好地区分犯规和不犯规。

由主持人根据抢答题的难易程度，设定抢答题回答问题的时间，通过74LS192预置端预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由555构成一个多谐振荡器产生的秒脉冲电路提供。当倒计时时间完成后74LS192高位的会 从高电平变为低电平，而它的 通过一个非门连入到抢答部分74LS148的EI，即EI为高N1变为低，主持人控制电路中74LS74的CD是由EI通过一个非门连入的，即CD变为低，H1也变为低，此时两片74LS247都处于不工作的状态，倒计时完成后整个系统能自动复位。其具体原理图如图2中图b所示。

2.3 主控电路

主控电路的功能：①能对整个电路进行抢答控制；②能让主持人区别是否进入抢答状态；③能与抢答部分和到计时部分构成一个整体使主持人对电路的控制更加简单更加符合实际的要求。

电路的工作原理：当主持人按动抢答开关进行抢答，给74LS74的CLK一个上升沿脉冲时，74LS74的输出端1Q就为高电平，即发光二极管变亮，能使主持人知道是否已经按下主控键。如果此时选手按下抢答按钮，抢答部分的数码管就会显示相应选手的编号，而倒计时电路也会进入倒计时工作。如果选手在规定时间内已经回答完毕，主持人按下复位键RST将使整个系统复位，就可进入下一轮抢答状态。其具体原理图如图2中图c所示。

2.4 提示音电路

提示音电路主要由发声电路和发声触发控制电路构成。发声电路由NE555时基集成电路和外围元件构成的无稳态多谐振荡器发出“叮、咚”声音。当触发电路触发时振荡器振荡，振荡频率约700Hz，扬声器发出“叮”的声音。与此同时，电源通过二极管D4给C6充电。触发脉冲后，C6便通过电阻R23放电，维持振荡。由于是触发脉冲，脉冲过后，电阻R26被串入电路，使振荡频率有所改变，大约为500Hz左右，扬声器发出“咚”的声音。直到C4上电压放到不能维持555振荡为止。触发控制电路由RC构成的积分电路产生积分信号、经74LS04非门整形放大，从而产生标准脉冲来触发发声电路发声。其具体原理图如图2中图d所示。

3 结论

从总体上来说，该方案设计的可实用性抢答器已经达到实际应用水平，电路也相当简洁，能严格区分犯规的选手，使整个抢答的过程更加公平也符合大家的习惯。

通过测试结果表明，该方案设计应用的数字抢答器，具有结构简单、操作方便、易于实现、区分度高、实用性强等优点。

[参考文献]

[1]谢自美，等，编著.电子线路设计.实验.测试[M].武汉：华中理工大学出版社，2000.7.